（测试计量技术及仪器专业论文）车载破碎机自动控制系统.pdf

now a 山y s ， 皿招 t ofcrus hing n . hi n oa 沈由画 。 n 田 李so th eyc a n ， t n 址 吧 t th e 明u ir elnent offi eld w o rk . asa n 沼 u l 仁 wen 以 月todo吟d eve l o 户 川 泊 t atit w hi cbis 由 e。 n d . c 冶 止 山 吐 叼 血gth ec 恤 川 鹅 扭 山血of面8 住 口 加 伙， in此 恤k 脚朋dofp r oj ec t 叩p li c 颐0 从a 即t o c o . 。 刀 1 业山 冈15乡 v e 几k加 5 花 solved 此 p m 七 七 mofa . o c o n 如l 比 葫比d d 姆加飞tionofa u 句c o 址 拍l in 而sdi ss 砚 怕 ti o 。 ， 。 n ek 访 dof 加 扣s fon 刃 以 ti on m e th od forth ea 卫 s b 贫 15 迈 加 川 u 以 刃tol 力 a k e it m o b u e byw 让 e l ess c o n tr o l w hi chw i lim ake it 滔 l e too pe血e . m ean w h i 】 e ， it w i u h e 1 p 此 。 详 ” t o r a v o l d th e dust加ll u ti on. a j 功 e d atd ti s ， 加 n ct i o n ofth e c o n 。 习 l b o x b asb e enstodi ed阳d 众 翔 1 1 z ed. to g eti 七s w i t c h si gn山 丘 6 mth e c o n 仃 l b oxh a v e b 戈 n gath er edan d pr o a 留 s ed. 丁 七 耽 e isa rec咖erw h i c h w mget th e si gnal ， w hi c h w 1 ll c o n d ect the p l cto1 1 1 ake it able tdc o n tr o 1 the 阅 u 1 p inen t s u c h as th e tl 习 c k tom ake it m o v e . 了 七 a t ， s th e v ery pr o b l ern tobereso iv edin面s a rticle. all ofthe d es i gds 眼 not ju stl i m i ted to面s sy s te m ， allthe si 妞 以 ti ons th a t n 以 刃 化功o tec o . tt o l c a ndo as面 5. k 卫 y wo r d s:a u t 0 ii 口 ti o nfor c ru s h 恤 9 址 此， rem o tec o n 枉 1， s in g l e c hi p c o m p u t e p l c ， s w i t c h s l gnal 液压 冲 击 机 械 在社 会 各 行 业中 的 应 用 也 越 来 越 广 泛。 从最初的液压凿岩机和液压碎石机用于矿山 工程的钻孔作业与大块矿石的二次 破碎， 发展到今天已 用于开挖隧道、 拆除路桥和建筑物、 破碎沥青或混凝土路表 以及清除冶炼炉 渣和进行水下作业等， 在建筑行业已开发出液压打桩机取代柴油 打桩机; 在机械行业中已 用液压锻锤来取代效率较低的空气锤。 由 于液压冲击机 械的 应用范围不断 扩大和用量的不断增加， 在国内 外已 形成了 一个重要的 新技术 产业12 。 早在1813年 特里维西克仅. t 比 v i 而比) 就发明了 蒸汽凿岩机. 1 8 闷 4 年英国人 布隆顿发明了一种以压缩气体为动力的凿岩机，但都因为很多问题不能实用。 185 5 年法国 人f o n ta in it io 众 汾 u 第一个取得了 气动凿岩机的 专利。 1857年意大利人 工程师萨梅勒( g 名 。 a n neile) 所设计的凿岩机在阿尔卑斯山塞尼峰隧道得到实际 应用。因此一般把1 8 57 年当作试凿岩机的诞生年。 凿岩机的出现给爆破孔的开 凿带来了 历史性的 大变革。 在其后的 一百多年间气动凿岩机及其他气动冲击工具 无论在品 种上还是 性能 上， 都得到了 极大的 提高 团 。 随着液压技术的进步， 利用高压液压作为传动介质的液压机械也得到了 越来 越广泛的应用。 与此相比， 压缩气体作为传动介质的能量密度要小得多， 而且能 量利用率也低得多。 显然气动冲击机构不但冲击能 量难以 大幅度提高， 而且能耗 十分大，噪声也大大超过环保标准。 这些弱点 在现代工业生产追求高生产效率， 低能耗及强调环境保护的形势下愈显突出， 因此越来越多的学者开始进行液压冲 击机构的 研制工作。 20世纪20年代d 心 n 拙 趁 m制造出 一台 液压凿岩机， 由 于当时 工业水平还不高， 液压技术也不够完善， 没有能够用于生产。 20世纪50年代末 期， 德国k 川 pp公司 研制出 世界 上第1 台 液压 碎石 冲击器， 首 先用于几个 城市的 施工工程。到了20世纪60 年代国内 外出 现破碎锤和凿岩机的专利。1 卯0 年法 国m o n ta 伙 叭公司 首先研制成第1 代可用于生产的 凿岩机。随后瑞典、英国、美 国、 德国、 芬兰、 奥地利、 瑞士和日 木等国陆续研制出各种型号的液压凿 岩机和 液压碎石机， 并相继投入市场。 在20世纪70年代， 研制凿岩机被投入市场的有 苏联、 南非、 波 兰 和中国。 与 传统的 气 动冲 击机 械 相比 ， 液压冲击机械具 有能 耗 低、 效率高、 环境污染小、 操作方便、 易于实现自 动化等优点. 它们在生 产实践 中显示巨大的优越性和广阔的发展前景，因而引 起了工程界和矿业界的高 度重 视。 在短短30年 里， 包括 瑞典的a 幻 asc o 侧 刀， 芬兰的毛 m 川 沁 k .r 力 n ir 口 犷 公司， 硕士学位论文车载破碎机自 动控制系统 日 木的占 河孔川 如 叨矿业 株 式会社， 美国 的g 和 心 c n t( enver， thg e n 幻 ) r an d 公司和 德国的k ru 即公司 等30多 家 液压 冲 击机械 专业生产厂家， 在世界 范围内 形成了 一个新兴的工业产业。目 前， 己 有数百种液压凿岩机和液压碎石机的系列 产品问 世， 一些先进的 产品己 历经了几 代更新11 . 我国 对液压冲击器的研究起步并不晚， 在20世纪70年代中 期， 一些科研院 校己 涉足该领域， 如原北京 钢铁学院、中 南工学院、 长沙矿山 研究院、 长沙矿冶 研究院 等， 但由 于国内 液压技术整体较落后， 制造水平低， 在产品 研发方而一直 未取得实质性突 破阁 。 进入20世纪80年代， 我国 科 研人员在自 行研发的同时， 结合引进技术， 率 先在矿冶领域中开发出具有自己特色的液压凿岩机、液压碎石机。1 9 84 年，长 沙矿冶研究院等单位研制的s y t 一 冲 阅型 热式液压碎石冲击器和y s ji型移动式 液压碎石器在南京通过了冶金部的 技术鉴定，国家 “ 六五”科研攻关项目5 丫 1 : 2 1洲 洲 ) 型高能碎石冲击器和北京科技大学研制的y s 一 5 侧 x 】 型液压碎石冲击器也相 继通过了 有关部门 组织的 技术鉴定13 阎 。 液压冲击机械在过去的几十年里得到了迅速发展和广泛应用。 但随 着施工要 求的不断提高和不断扩展， 对其性能要求也越来越高， 故液压冲击机械将会向 着 以下几个方向 发展: ( 1) 产品 性能向 大 冲击能、高 频 率、 大转 矩方向 发展。 瑞典a u as 2 2 c o 户 刀 公司的c 0 p 1 2 38l l f型液压凿岩机冲击频率可达 1 001 05hz，冲击能达中 沁 j ; r 翻 比 比 山 叮公司推出了 世界上最大的 液压碎石器g 1 20， 冲击能可达1 2 0( 刃 】 0 (2) 水下 冲击技术的 研究 和发 展。 在 航道工 程中，为了 进一步加深 加宽 航 道或疏竣河床等作业和开发海洋矿 产， 使此项技术将更显重要。 芬兰r 田 n m e r 公 司开发了 相应的 产品， 这类产品不仅拥有防锈的镀铬活塞， 且为防止水进入因活 塞运动而产生快 速压力脉冲的冲击 腔而将压缩空气以 大于0. 6 止 六 币 n的 流量输入 该冲击腔，并对压缩空气的流量进行严格的控制，以免钎具周围的润滑脂吹出。 (3) 产品 结构设计和钎具质量不断改 进， 钻凿破碎的经济性和精确性大幅 度 提高。 瑞典a 目 a c ope。 公 司 的cop 18 38液压 凿 岩 机的 钻孔 速度比c 0 p 1 2 38型 凿岩机提高了80%，钎具寿命延长8 0 %。 (4)嗓声及粉尘的控制技术的发 展。克虏伯公司对此进行了深入的研究， 对于其公司产品中型以 下的 机器都 装有阻声材料， 所有h m55o 型号以 下的冲击 器的噪声水平都 低于侧 月 b对于粉尘的 控制， r a 口 口 山 贫公司在其开发的j e t型号 上安装了 高压水泵及雾化喷头， 在碎石 器工作时， 水泵及喷头一并工作， 可大大 降低粉尘。 此项技术的发展 将使企 业在激烈的 竞争中占 有一定的 优势。 ( 5 ) 液压冲击机械控制技术电 气化: 一是对液压冲击器的工作参数进行控 硕士学位论文车载破碎机自动控制系统 制， 使其可根据工 作 对 象的 不同 物理性质自 动地无级调节活 塞行 程， 从而改变 其 输出的冲击能和冲击频率，以 保证在最佳工况下工作; 二是以 计算机为核心， 采 用各种可视化软件， 实现液压冲击机械性能参数在线监控， 并及时对出现的故障 进 行 诊 断 llm . i j 2 班控技术 无线电 工 业 遥控 技术是 一门 年轻的 学科， 要 求按照 操作员的 手动 触觉通过无 线电对多种机器设备和仪器进行精确的远距离控制。 在高温、 污染严重、 对人类 有害的 环境内 ( 核电 站等) 对运动机械进行遥控操作， 显得更为重要。 遥控设备的 广泛应用， 促进了 无线电 遥控技术快 速发展。 今天， 几乎所有的 建筑工程机械设 备通过遥控改造都能实现遥控，例如:汽车起重机、建筑塔吊、混凝土泵车、混 凝土布料机、 港口 门 机、 集装箱岸桥、物卸船机、矿山 机械、 调车机车、公铁 两 用车、 远距地 球卫 星 上的 探测 器等 等112。 无线通讯技术研究己 经进行了 一百多年， 早期的遥控主要应用的是模拟信号 的传输技术。八十年代以来，由于微电子、计算机、信息处理、自 动控制、机器 人尤其是数字通信等现代科学技术的发展， 数字无线遥控中的 关键技术己 趋于成 熟， 遥控系统的 性能也得到很大的提高，因而遥控技术得到了 广泛的应用。 军事 应用中的 遥控车辆也具有了许多机器人的功能和特点， 因此也可称之为遥控机器 人车辆。 如英国的r ed 几 叹 红幻，其遥控距离为5 公里，曾 用于1 9 82年的马岛 战争: 海湾战争中 德国 研制的“ 狐” 式核化侦察车 1 13 。 与此同时， 二战后无线遥控技术在非军事领域也开始得到广泛的应用。 如英 国的】 c b公司设计并生产了j c b 1 65灭火机器人， 它可以深入到火灾的中心地带， 而其操作者可以 在1 加米之外进行遥控。同时， 在工业领域， 许多单位对工程机 械( 如挖掘机、自 卸 车、 压路机等设备) 的遥控展开了 研究和开发， 如瑞典l k a b 公司的遥控铲运机( 7 9 1 和德国h b c公司的遥控搬运系统匆。 相关领域中的工业 遥控产品也在无线遥控车辆的改造中 获得大量应用，如德国壬 正c公司的 遥控收 发系统pst7g o 、德国e l e k t r o ikg e r ai 阳g m b h公司 生 产的tho m e g 高 可 靠性数字遥控器、 美国创叨 邓 m 尼l l e n t e r 想 jses 公司生产的无线类型的遥控 器m d r 一 8 4 00等1141。 如今， 无线遥控技术由 于其使用方便安全、 无方向性、 可绕过障碍物、 不受 工业热辐射的影响等优点必将在航天、 军事和民 用方面获得更加广泛的应用， 深 入到生产生活的方方面 面。 例如在机器人应用方面，目 前的 机器人足球赛中 应用 的就是无线遥控技术， 无线技术还是多个移动机器人相互协调通信的 有效方式. 而且专家认为， 研制工作在复杂或非结构化环境中的全自 主式智能机器人是短期 硕士学位论文车载破碎机自动控制系统 内 难以 达到的目 标。 这是因为若千支持技术( 诸如机械、 传感、人工智能匆 目 前 还不能满足实现全自 主的需要。 因此， 工作在人机交互方式的遥控机器人是解决 这一问 题的 有力手段11n. 由 于无线 遥控技术的巨 大发展潜力及 广阔的 应用前景， 必将对无线遥控技术 提出更高的 要求， 而现代通信、 计算机、 电 子、 控制等技术领域取得的 飞速发 展， 又给其发展提供了 基础、 创造了 条件。 因此， 深入开展遥控指令发射及接收技术 的 研究， 提高遥控系统无线通信的 安全可 靠性， 对于研制多功能、 高性能、 智能 化、使用方便可靠的 遥控设备具有着重要的意义. 我国“ 七五” 、 “ 八五” 期间， 经过长期的国内 外调研， 确定了瞄准世界先进 水平， 以 扩大灵活性为核心， 采用标准化、 系列化、 总线模块化、 小型化的 设计 思路。 多年来， 我国在无线遥控测试系统这一领域中取得了飞越性的发展， 使得 我国在测控技术的重要方面进入世界先进行列， 并为国家的航空航天和军事现代 化的发展做出了巨大的贡献。 近些年来， 这项技术正逐渐向民用方向 发展， 并且 己 被许多 工矿、 企事业单位所采用l4l。 本课题的研究内容正是遥控技术在工业控制领域的一次应用. i j 3控制器应用的可行性分析 所谓的 单片 机， 就是在一块集成电 路芯片上集中了 控制器、 存储器、 运算器 和输入输出端口的单片 微型计算机，它体积小，耗电省。 单片机的应用范围 是非常广泛的，一般用于以下几个方面: ( 1) 用于管理系统中的数据处理 单片 机在此方面的 应用指企业管理、 资料统计、 资料管理和试验资料整理等 大量数据的加工、合并、分类等工作。 (2) 用于 过程控制 利用单片 机进行生产过程的实时控制， 不仅可以 达到提高生产过程的自 动化 水平，提高过程控制的 效率和精确度，提高产品的 质量， 还可以降 低生产成本， 减轻劳动强度。 (3) 用于通讯 利用单片机不仅可以 对原有的 通信设备进行改造更新，而且广泛的应用于许 多近代通讯设备中。 ( 4 ) 用于仪器仪表 单片机应用于现代仪器仪表中， 不仅大大增强了 仪器仪表的功能， 使他们具 有数据存储、 数据处理、自 动测试、自 动校准和自 诊断等功能， 而且大大提高了 仪器仪表的 侧 量 精度和 测量的 可靠 性 191. 硕士学位论文车载破碎机 自动控制系统 p l c 是一种专门 为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电 子装置。 它 采用可以 编制程序的存储器， 用来在其内 部存储执行逻辑运算、 顺序运算、 定时、 计数和算术运算等操作的指令， 并能通过数字式或模拟式的输入和输出， 控制各 种类型的 机械或生产过程。 p l c 及其有关的 外围设备都应按照易于与工业控制系 统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 目 前， p l c 在国内 外已广泛应用于钢铁、石油、 化工、电力、建材、 机械制 造、 汽车、 轻纺、 交通运输、 环保及文化娱乐等各个行业， 使用情况大致可归纳 为以下几类: ( 1) 开 关量的 逻辑 控制 这是p l c 最基本、最广泛的应用领域，可用它取代传统的继电器控制电路， 实现逻辑控制、 顺序控制， 既可用于单台设备的控制， 又可用于多机群控制及自 动化流水线。如电梯控制、高炉上料、注塑机、印刷机、组合机床、磨床、包装 生产线、电镀流水线等。 (2) 模拟量控制 在 工 业 生 产 过 程 币 ， 有 许 多 连 续 变 化的 量， 如 温 度 、 压 力 、 流 量 、 液 位 和 速 度等都是模拟量。 为了 使可编程控制器能控制模拟信号， p l c 厂家生产有配套的 a j d 和d 从转换模块，使可编程控制器可用于模拟量控制. (3) 运动控制 p lc可用于圆 周 运动或直线 运动的 控制。 从控制机构配置来说， 早期直接用 开关量阳模块连接位置传感器和执行机构， 现在可使用专用的 运动模块控制。 如可驱动步进电 机或伺服电 机的单轴或多轴位置控制模块。 世界上各主要p l c 厂 家的产品 几乎都有运动控制功能， 广泛的用于各种机械、 机床、 机器人、电 梯等 场合。 ( 4 ) 过程控制 过程控制是指对 温度、 压力、 流量等模拟量的闭环控制。 作为工业控制计算 机， p l c 能 编制各种各样的 控制算法程序， 完成闭 环控制。 p id控制是一般闭环 控制系统中常用的 控 制方法。目 前不仅大中 型 p l c 都有p d模块，而且许多小型 p lc也具有p id功能. p m处理一般是运行专用的p d处理子程序。 过程控制在冶 金、化工、热处理、 锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 (5) 数据处理 现科 沪 l c 具有数学运算 ( 含矩阵 运算、 逻辑运算) 、数据传送、 数据转换、 排序、 查表、 位操作等功能， 可以 完成数据的采集、 分析、 处理。 这些数据可以 与存储在存储器中 的 参考值比 较， 完成一定的控制操作， 也可以 利用通讯功能传 输到别的智能装置， 或将他们打印 制表。 数据处理一般用于大型控制系统， 如无 硕士学位论文车载破碎机自动控制系统 人控制的柔性制造系统; 也可用于过程控制系统， 如造纸、 冶金、 食品工业中的 一些大型控制系统。 ( 6 )通信及联网 p l c 通信包含p 优之间的 通信以 及p l c 与其他智能设备间的通信。随着计算 机控制的发展，工厂自 动化网 络发展 将会加快，各p lc厂商都十分重视p lc的通 信功能， 纷纷推出各自 的网络系统。 最新生产的p l c 都具有通讯接口，实现通讯 非常方便。 30年来，可编程控制器从无到有，实现了 工业控制领域接线逻辑到存储逻 辑的飞跃; 其功能 从弱 到强， 实现了 逻辑控制到数字控制的 进步; 其应用领域从 小到大， 实现了 单体设备简单控制到胜任运动控制、 过程控制、 及集散控制等各 种任务的 跨越。 今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备， 在 世界各地发 挥着越 来越 大的 作用 阅。 针对单片机和可编 程控制器各自 的特点， 在控制箱的研制过程中， 可以选择 单片机作为控制器， 而 在车体各 机械和动力单元的 控制上， 则应该选择 p lc 为 控制器。 之所以 选择单片 机为控制箱的控制器， 是因为单片机与p l c等其它控制器 相比具有体积小、 价格低、易 扩展等优点。 一片普通的51芯片， 价格仅为10元 左右， 要完成控制箱各功能的设计， 花销也就在1 的元左右。 而一款普通的小型 p l c价格也要在1 仪 旧 元左右， 若 选用p l c作为控制器， 显然将大大增加开发的 成本。而且p l c的体积也比 单片 机大的多。若要用p l c ，还要加一个开关电 源 为其供电， 这不但增 加了 开发成本， 而且开关电 源的 体积也较大， 将占 用控制箱 很大的空间。 与之相比 ， 单片 机则只需要几节电池为其供电即可， 小巧方便。 但 单片机也 有它的 弱点， 与p l c相比 ，它的 稳定性、 抗千扰能力 要差的多， 开 发 周期也要更长，电 平需 要匹配， 乃 0口也需要扩展。 但这些都是可以 解决的。由 此可见， 单片机才是控制箱控制器的首选。 若 要 控 制 工 作 环 境 恶 劣 ， 千 扰 强 的 机电 系 统 ， p l c 的 优 势 又 是明 显 的 可编 程控制器 ( r o 9 曲 刀 m a b lelogi c c o n 加u e r) ， 从早期的 继电 器逻辑控制系 统发展而来， 它不断 吸收微计算机技术使之功能不断增强， 逐渐适合复杂的控制 任务。 ( 1) 从可靠性 上 考虑，由 于 碎石机的 运作环境十分恶 劣， 环境温度高， 湿 度变化大， 灰尘多， 光照强弱悬殊， 而且振动和噪声也很大， 该型碎石机作为道 路建设等的 运输工具要 求可靠性 很高， 因此开发该碎石机控制系统需要解决的 关 键技术之一，就是如何 在恶劣环境下提高碎石机的可靠性。 而p l c是专为工业 现场环境设计的， 设 计者在设计p l c时，充分考虑到它的 工作环境是比 较恶劣 硕士学位论文车载破碎机自动控制系统 的工业现场， 所以 整机采取了不少强化措施， 单片机不具有这样的强化措施， 除 非采取特殊的保护措施， 否则很难可靠的应用于工业现场。 从这点出发， p l c应 用于碎石机的控制系统有很大的优势。 (2) p l c具有良 好的接口 性能， p l c除了和单片机、工控机一样通过擞 数、如膜转换器处理模拟输入、输出信号之外，还可以通过开关量输出组件输 出电平信号直接驱动电 磁阀、 电 磁继电器和电 磁开关等。 而单片 机不具有这样的 功能， 它若想驱动电 磁阀、电磁继电器等， 除非通过开关式功率放大器将其数字 信号放大. 应用p l c 可以 大量节省外围驱动电 路， 使得控制系统 变得简洁。 (3) p l c采用 较单片机更 容易的编程语言即 采用了 梯形图语言、流程图 语 言和功能 指令语言。 而单片机采用了 较低级的 语言( 汇编语言) ，这对于没有经过 专门计算机技术训练的 现场施工人员来讲， 不能不算是一大障碍。 况且驱动系统 或操作环境的经常变化而需重新设置控制参数或在线编程时， 采用普遍熟悉的类 似继电 器控制系统的 梯形图来编 程，在工程中 容易推广应用。 ( 4 ) p l c控制器原来只作离散量控制，其功能只是将操作接到离散量输出 器，实现简单逻辑上的控制。而在短短的时间里 p lc 的硬件及软件功能都日 益 强大起来， 如输入、 输出 不仅可以 是数字量， 也可以 是模拟量， 而且各种智能刀 0 模板包括通讯处理模板、 高速计数模板、 带有p id调节的模拟控制模板等也都相 继开发出 来。另外p l c的c p u处理能力日 益增强、 刀 0点数不断增加和响应时 间 不断 减小 等等， 使 得 它能满足 碎石机控制系 统的 各种需求 侈 刀 . 由 此可见，p l c是控制各机电部件的首选控制器. 1 3课题完成的主要任务 ( 1) 远程控制箱 遥控功能的实现 控制箱是实现该系统远程控制的关键部件。 它是控制命令的发出者， 需要对 采集到的 开关 动作 信号 进行分 析 处理， 然后 传 送给无 线通讯模块， 由 无线通讯模 块告知p l c去实现怎 样的动作。 (2) 信号接收 板各功能的 实现 接 收 板 是 控 制 箱 发 送 的 无 线 信 号 的 接 收 者 ， 它 负 责 接 收 发 送 板 发 送 出 来 的 指 令，并辨别是哪个开关 进行了 动作然后告知p l c进行相应动作。 (3) p l c输入输出的分配问 题 本部分的 任务就是根据系统的需要， 合理分配p l c的输入输出以 满足系统 的需要。 ( 4 ) p l c对履带 行走的控制问 题 本部分要解决的 问 题就是当 无线或线控控制命令发出 后，如何让p l c控制 硕士学位论文车载破碎机自 动控制系统 履带完成预定的 行走目 标。 (5)电机的启动问题 电 机是系统的 动力单元，电 机的可靠运行关系着系统的 稳定运行等问 题。 (6)电 机的 变频调速问 题 本部分预期解决的主要问题就是如何在系统中 加入变频器使振动系统实现 平稳的速度调节。 硕士学位论文车载破碎机自 动控制系统 2系统总体设计方案分析 2. 1碎石机系统介绍 车载破碎机主要由以下几部分组成: (l)主框架 该主框架为最新的单一底盘结构， 有效的 将破碎机组、 动力单元、 振动进料 槽、以 及皮带集成为一体，可用法兰连接履带底盘、液压支腿等结构。 ( 2 ) 振动系统 进料槽、 易更换的隔筛或焊接预筛分组成一体， 且防止大转矩钢构件。 通过 预筛分结构的物料即 可以由 主泄料皮带输出，也可以由 侧泄料皮带输出。 振动系统由预筛分部件、 传动部件、 轴承、 振动清洁系统四部分组成。当振 动槽启动时，按 “ 清理启动槽” 按钮， 将会启动程序， 在比较短的时间内， 先后 在零速一最大速度之间转换三次，程序转换完后 ( 喇叭响两次) ，振动槽就可以 回到原先选择的进料速度。 传动部分振动马达型号为 j v 2 46一 n61，制造商为 j ost ，其主要性能为 3 k v 14 (x)v 15 0 h z ， 速率 可达6 00 1 侧 洲 ) 转 / 分 钟， 缎 大扭 矩为1 16 0 k g .cm。 (3) 动力单元 系统的动力单元由柴油发动机、三相同步发动机和离合器三部分组成。 柴油发动机选择型号为b 侧mi o 1 3 fc 的一款， 其制造商为d e u tz ， 速率可达 2 伽 如转每分钟，体积为4764俪2 ，缸数为40 三相同 步发动 机型号为e c 2 8 l d z ， 速率可达 3 0 1洲 ) 转每分钟，供电电 压为 喇 刃 v ，功率为3lj k v a ，可外供6 k v电 力。 ( 4 ) 反 击式破碎机 破碎机组跟主 框架集合于一体， 破碎间隙由 液压单元调节操作， 破碎腔体由 液压打开。 反击式破碎机型号为l 护 b s oo， 制造商为h m l l ， 进料口 宽 x 高为86侃以 刃 功 m ， 工作直径为850 m m ， 板锤数量为4(2+ 2)， 最大进料边长为7 (x)n n n ， 最大颗粒 为立方体7 0 田 m ， 可 调反 击臂空隙 为卯m m ， 破碎间隙 推荐为3 。 一 8 伪 皿 m ， 理论 上为 1 卜 一 1 5 0 n n n ，由 手动液压阀 调节，破碎腔内 安装又耐磨板两侧及内 部厚度 为2 伽 叮 m ，反击臂 和破碎器后壁厚度为3 压 一 7 0 口 n l 。 ( 5 ) 侧泄料皮 带 侧泄料带在液 压系统的作用下可以 折叠， 皮带两侧有围 裙， 两端有托滚支撑， 皮带安装有清洁器， 可以 用一个旁通装置，将其物料从主泄料带输出。 皮带宽 度为5 佣 恤 m ， 皮带长度为肠加川 m ， 皮带高 度为2 x) m m ， 其传动马 硕士学位论文 车载破碎机 自动控制系统 达型号为了 m 2 2 0 ， 皮带速率可达1 6 mls ， 供电电 压为粼 均 v ，功率可达1 2 k w， 马达外包有8 如 厚的 橡胶保护层。 (6) 主泄料皮带 主泄料皮带跟主 框架为一体， 皮带内 侧有两个清洁器， 液压折叠便于 运输， 在机器的右侧有一逆转按钮， 万一皮带堵塞， 可以 通过逆转按钮清除堵塞物料。 皮带宽 度为8 (x)m m ，皮带长度为15 (x 沁 口 u n ， 皮带高度为3 0( x) m m ， 其传动 马达型号为了 m 3 2 1 ， 皮带速率可达1 6 d 岁 5 ， 供电电 压为喇 刃 v ， 功率可达5. s k w， 马达外包有s m 刃 。 厚的橡胶保护层。 ( 7 )履带 要求可以 远程无线控制或有线控制， 是机器的运行工具。 履带要求轴间距离为31伽 肋m ， 宽度为4 (x)1 l l n l ， 最大行走速度可达2. 4 千米 每小时， 最大牵引动力可达1 75k n ， 液压马达型号为a z r 势 5 ， 重量大约为4 0 的 kg。 ( 8 )安全门 钢制结构门 包括五扇门， 两只动力单元盖和后壁。 安全门作为静态保护设备， 在机器运行之前， 都因该关闭或上锁。 发电 机运行时， 破碎机组安全门可以打开， 但当破碎机组的离合器启动时，该安全门有限位开关保护，能阻止其运行。 ( 9 ) 液压系统 该系统由 辅助液压系统和履带液压系 统组成，辅助液压系统类型为齿轮泵， 安装在履带动力传送器上，而履带液压系统类型为双轴向活塞泵。 ( 1 0 )电 气系统 31.5 k v a的三相同步发电机，能供电 压书 刃 v和1 30v ，该发电 机通过v型 皮带和驱动柴油机连接。 ( 1 1 ) 磁性分离 器 磁性分离器的 运行方向 跟主泄料皮带的 运行方向 是相互垂直的， 主要是从破 碎材料里面分离出 铁制，磁性分离器的 运行 方向 是可以 从控制面板上进行选择 的， 铁质可以从机器的左侧或右侧分离出来。 尺寸为12 加x 92 5 x3(x)n u n ， 皮带宽 度为9 00加 in ， 皮带长度为4 2 腼 口， 皮带 速率为1 .6 创5 ， 齿轮马 达为粼 犯 v供电，功率可达2. 2 k v ， 重量大约为15 00kg。 ( 1 2 ) 控制平台 其目 的是检测破 碎入口 的 物流， 检测预筛分系统的 效果。 ( 13) 旁通结构 其目的是将预筛分的物料直接泄到主泄料皮带，而不通过侧泄料皮带。 ( 1 4 )除尘系统 硕士学位论文车载破碎机 自 动控制系统 该系统主要由 水泵和启动器组成。 启动器的作用主要是快速灌注吸入管， 缓 和压力;补偿空气的吸入，提高 泵的运行速度。 水泵选用活塞式水泵，型号为r 4 伪 1 一180 k 五 引 5 6 ，电动马达供电电压为 粼 刃 v，功率为0. 37k w。 启动器吸管型号为7 7 q 叹 ，手动空压泵型号为h v p i ，吸枪的型号为s i dz . 控制箱所要控制的 就是以上系统。 该控制箱的预期平面图如图2. 1 . 1 所示。 淤 寿尹一华 熟叮加心分 了 夕 一 厂 至 式办 ，定 母 2了 认、了 梦几 形 货 、了气 一 群幼 扮 多 l ; 吞 于 苦 是 ; 毛 舒 i 寥 黔 彝 翼寥 肇 尹 矿 葬 :o 月 图2. l i 控制箱平面图 各按钮的作用为: 5 1 :履带速度控制按钮，有低、中、高三档; 52: 履带开启按钮， 只有该 按钮为打开状态履带才能按指令运动; 53:蜂鸣器按钮，按动后机器发出 警报; 54:破碎锤开启按钮; 5 5 :进料口 上盖关; 5 6 :进料口 上盖开: 57:进料口 零抖动速度控制按钮，此时抖动为最低速; 58: 进料口 抖动 速度控制按钮，共分四 个档次，依次升高; 5 9 :履带向 左旋 转; 5 10: 履带向 右旋转; h i :通讯指示灯; h z :电源指示灯; c l : 通讯开关， 开启或关闭 远程通讯模块; 以上就是控制对象的 基本情况及控制箱所要实现的 控制功能。 硕士学位论文车载破碎机自 动控制系统 2 2系统总体方案设计 本课题要完成的控制任务， 就是对车载破碎机进行远程自 动控制。 要实现远 程控制， 可以 选择无线 遥控和线控两种方式。 线控虽然易于实 现， 但线控的距离 不宜过长. 线控的控制线如果太长的话， 当 操作人员在离车体很远的地方进行控 制时， 车体的转向 或别的车辆的 驶入、 障碍物的 存在等问 题都会使线控遇到很大 的麻烦甚至是失 去控制。 而如果线控方式下控制线的距离太短， 操作人员就会受 到工作现场恶劣环境的 影响， 从而失去了远程控制的意义。由 此可见， 线控只适 用于简单的工作场合。 而无线遥控则可克服上述线控的弱点. 它可以 使操作人员远离机械作业， 而 不必顾虑障碍物的 存在， 从而避免了恶劣的 工作环境对操作人员造成的伤害。 但 无线控制也有它的缺点， 借如说恶劣条件下信号传输的可靠性是否可以保证等问 题还有待考虑。 因此， 该系统应该选用遥控加线控的 方式来实现远程控制， 各自 取长补短。 当无线模块出现问题时， 可以通过车上的线控控制板来实现车体的控 制， 而车体控制板出 现状况时， 可由无线控制箱来控制车体， 从而增强了车体的 安全性。 在无线遥控中， 需要解决的主要问题有控制箱的制作、 信号的无线传输、 无 线信号接收后与p l c的连接通讯等问题。整个系统的控制框图如图2. 2. 1 所示。 图2. 2. 1 控制系统结构框图 硕士学位论文车载破碎机自 动控制系统 首先来说控制箱，控制箱要实现的功能是开关动作的检测和信号的无线发 送。由于单片机只有有限的f o口，而开关量输入有2 0路，因此需要对单片机 的 输入 输出口 进行扩 展。 对接收 到的 开 关 信号， 由 于其存在开 关的 抖 动问 题， 故 要对开关信号进行消抖处理。 此外， 系统的 供电问 题、 欠电压报警等问题也是控 制箱设计时需要考虑的. 信号的 无线发送和接收功能的 实现， 可选择模块来完成. 这样可以大大节省 系统的开发时间， 而且可靠性也更高。 为了 增强系统的 灵活性，无线信号并未直接送入p l c的串口 与p l c进行通 讯。如果那样的 话， 如果要对系统进行改动，则要对 p l c的 程序进行改进，相 对繁琐。而且 p l c串口 还要作为 与其它部件进行通讯的工具。因此，需要专门 为 p lc 设计一块接收板。这样，不但可以实现通讯功能，还可以 将天线放在车 体易于接收信号的地方。 在接收 板设计时， 需要注意的问 题就是输出口的扩展以 及抖v的p l c电 平 的实现。 如何降低成本， 又保证各项设计都能达到要求， 是系统设计时需要考虑 的问题。 无线信号发送出 去之后， 无线通讯模块的接受端在接收到信号后， 将信号传 送给接收板，经过接收板的处理后，信号被送到p l c的输入口.同时，接收板 还要预留部分叭 0口 用来与p l c输出口进行通讯， 以接收p l c的反馈信息. p l c 在接收到发送的相应信号后， 就按预定控制指令控制相应的机械动作， 从而实现 了无线控制的目的。 车体部分的 控制之所以 选择p l c 而非自 己 开发电 路板， 是因 为p l c与单片 机相比， 具有抗干扰能力强， 工作稳定等优点。 而且这里都是大电流流过， 对单 片机的竹1电 平干扰很大。 单片机要处理这些信号还要经过升压，隔离处理， . 相对麻烦，反而增加了 工作量。 在p l c部分的设计时， 需要注意的就是刀 0口的分配， 以 及车体遥控移动和 各动力单元的控制问题。 硕士学位论文车载破碎机自 动控制系统 3遥控功能的实现 控制箱是实现遥控功能的 关键部件， 它负责开关信号的 采集和编制， 并 将命 令发给无线通讯模块， 让它将 信号发射出 去。 接收板负责对无线信号 进行接收， 并识别发送来的信号所代表的含义，然后通知 p l c执行相应动作。 这样，遥控 功能的设计便完成了。在这里，之所以选择使用通讯模块而不是自己 开发电 路， 是因为现在无线通讯模块的技术已 经相当 成熟， 价格也 并不贵， 在可靠性方面也 有所保证，还可以节省系统的开发时间. 3 . 1 控制箱发送板的 实现 工li 控制箱要实现的功能就是开关动作的 检测和信号的 无线发送。 由 于单片机只 有有限的刀 0口，而开关量输入有20 路，故可采用8 2 55a来扩展输入口，它总 共可以 扩展24路输入，这样就保留了4 路输入输出口 作为余量。 机械开关的开 关信号，由于存在开关的抖动问题，故要对其进行消抖处理。 此外， 系统的供电 问题、欠电压报警等也是设计时需要考虑的。 根据以上设计要求， 该系统可以选用单片机来实现控制箱按钮动作信号的采 集的功能。 之所以 选择单片机而不是其他控制器， 是因为单片机具有体积小， 方 便灵活等优点，而且与p l c等控制器相比，其价格优势显而易见。一款普通的 51系列单片机只需要10元左右， 虽然接口 有限， 但扩展起来并不麻烦， 最终完 成控制箱发送板的功能， 花费也就在 1 00元左右。 而一款普通的p l c则要上千 元。若要扩展f o接口，价格更是远在单片机的 成本之上。 信号的无线发送和接收功能， 可以 选用模块来实现。 之所以 选择模块而非自 己开发电 路板， 主要是因为现在无线通讯模块的 技术己 经非常成熟， 价格方面也 还可以 接受， 其稳定性也要远好于自己开发的电路。 这样就可以大大缩短开发周 期。 考虑到控制箱的 输入开关并不是太多， 单片 机扩展输入输出口 又不是特别困 难，就选择at89s52 为控制芯片。与传统的51系列单片机相比，它又有如下优 势: ( 1 ) 新增加了 许多功能， 性能有了较大提升， 价格基本不变， 甚至比户 a ，8 9 c 51 更低;:傲 (2) is p在线编 程功能， 这个功能的优势在于改写单片 机存储器内的 程序 不需要把芯片从工作环境中取出，直接用程序接口向里面下载; (3)内部集成看门狗计时器，不再需要像8 9 c 5 1 那样外接看门 狗计时器单 硕士学位论文车载破碎机自动控制系统 元电路; (4)全新的加密算法，这使得对于895 51 的解密变为不可能， 程序的保密 性大大加强，这样就可以 有效的 保护知识产权不被侵犯: 、 (5) 兼容性方面:向 下完全兼容 51 全部字系列产品。比 如 80 51、89c 51 等等早期m c s 一 51兼容产品。 也就是说所有教科书、网络教程上的 程序 ( 不论教 科书上采用的单片机是8 051 还是89c 51还是m c s 一 1 等等) ， 在895 51上一样可 以照常运行，这就是所谓的向下兼容. 正是基于以 上优势， ar8 9 5 52是控制箱控制器的最佳选择， 它不仅可以完成 预定目 标，更能充分利用芯片的功能。 无线传输模块的使用上，选择的是h a c . u m % 系列无线通讯模块，其适合 本系统应用的特点 如下: ( 1 ) 微功率发射， 最大发射功率1 仓 叮 w。 低功率是手持设备必不可少的一个先决条件。 (2) 招 m 频段，无需申 请频点。 载频频率433 m h z ( 可提供其他载频粼 刃 一470 m， 载频868 月 巧m h z型号为 un) 。 ( 3 ) 高抗干扰能